張 卓

(中海油石化工程有限公司,山東 濟(jì)南 250001)

0 引言

石油化工企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)降本增效及本質(zhì)安全的目的,不斷提高企業(yè)的自動(dòng)化、信息化和智能化水平。為了滿足新的需求,在進(jìn)行電信設(shè)計(jì)時(shí),須將融合通信納入考慮。

融合通信的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)中信息的有效利用,也是在各個(gè)系統(tǒng)的支撐下實(shí)現(xiàn)的。本文對(duì)企業(yè)的通信需求進(jìn)行分析,給出了一個(gè)基于融合通信的典型電信設(shè)計(jì)方案,并探討了融合通信的發(fā)展方向。

1 常規(guī)電信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)《石油化工電信設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T 3153—2021)[1],結(jié)合有關(guān)文件對(duì)電信系統(tǒng)的要求和實(shí)際建設(shè)情況,石油化工企業(yè)常規(guī)設(shè)計(jì)所包含的電信系統(tǒng)有以下系統(tǒng)。

1.1 電話系統(tǒng)

語(yǔ)音通信是石油化工企業(yè)正常運(yùn)行的基本通信需求之一,早年的電話系統(tǒng)常采用“行調(diào)一體”的數(shù)字程控交換系統(tǒng),兼顧了用于經(jīng)營(yíng)、管理的行政電話與用于生產(chǎn)調(diào)度的調(diào)度電話。近年來(lái),一方面由于諸如電視、電話會(huì)議等需求的提升,另一方面由于《石油化工電信設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T 3153—2021)實(shí)施后,要求調(diào)度電話系統(tǒng)不得采用軟交換技術(shù),因此新建項(xiàng)目一般會(huì)分別建設(shè)行政電話系統(tǒng)與調(diào)度電話系統(tǒng),行政電話系統(tǒng)一般采用軟交換和IP電話技術(shù);調(diào)度電話系統(tǒng)采用數(shù)字程控交換系統(tǒng)。

1.2 無(wú)線通信系統(tǒng)

石油化工廠區(qū)一般占地面積較大,有線語(yǔ)音通信的覆蓋范圍有限,為了滿足平時(shí)的巡檢、檢修和調(diào)度等溝通需求,一般會(huì)設(shè)置無(wú)線通信系統(tǒng)。

常規(guī)無(wú)線通信系統(tǒng)根據(jù)通信距離長(zhǎng)、短,可以架設(shè)中繼臺(tái),采用異頻半雙工方式通信,或不設(shè)中繼臺(tái),使用對(duì)講機(jī)的直通方式,采用同頻半雙工方式通信;窄帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)有多種不同制式的產(chǎn)品,石化行業(yè)常用的有TETRA、DMR和PDT;寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)通常采用4 G、5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò),可以通過(guò)利用公網(wǎng)、租用服務(wù)、自建專網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)。

1.3 擴(kuò)音對(duì)講系統(tǒng)

為了彌補(bǔ)無(wú)線通信系統(tǒng)的信號(hào)盲區(qū)、電磁干擾和高噪聲環(huán)境的擴(kuò)音問(wèn)題,石化企業(yè)通常建設(shè)擴(kuò)音對(duì)講系統(tǒng),一般可以分為無(wú)主機(jī)系統(tǒng)與有主機(jī)系統(tǒng)。無(wú)主機(jī)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活,適用于小型廠區(qū);有主機(jī)系統(tǒng)又可以分為數(shù)字程控系統(tǒng)與IP系統(tǒng),適合中大型廠區(qū)。

1.4 局域網(wǎng)系統(tǒng)

為了滿足企業(yè)日常辦公和管理的需求,石化企業(yè)通常建設(shè)局域網(wǎng)系統(tǒng),一般采用2層或3層架構(gòu)、環(huán)型或星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),核心層設(shè)置于廠前區(qū)機(jī)房?jī)?nèi),匯聚層設(shè)置于各個(gè)控制室,接入層設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間及有網(wǎng)絡(luò)需求的建筑內(nèi)。

1.5 有線電視系統(tǒng)

在石化企業(yè)內(nèi),宿舍、食堂、會(huì)議室和休息室等場(chǎng)所一般會(huì)有電視需求,通常采用IPTV,由光貓、機(jī)頂盒、服務(wù)器、光纜、網(wǎng)線等組成。

1.6 視頻會(huì)議系統(tǒng)

在石化企業(yè)內(nèi),報(bào)告廳、會(huì)議室和控制室等場(chǎng)所一般會(huì)有視頻會(huì)議需求,包括互聯(lián)網(wǎng)會(huì)議系統(tǒng)和集團(tuán)公司私有會(huì)議系統(tǒng)。互聯(lián)網(wǎng)會(huì)議系統(tǒng)借助互聯(lián)網(wǎng)和客戶端軟件實(shí)現(xiàn);私有會(huì)議系統(tǒng)由MCU、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、顯示系統(tǒng)、攝像機(jī)、麥克風(fēng)等組成,通過(guò)專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)會(huì)議。

1.7 信息發(fā)布系統(tǒng)

在石化企業(yè)內(nèi),門衛(wèi)、行政樓和綜合樓等場(chǎng)所一般會(huì)有信息發(fā)布需求,由LED屏幕、服務(wù)器等組成。

1.8 電視監(jiān)視系統(tǒng)

石化企業(yè)中電視監(jiān)視系統(tǒng)可分為3個(gè)部分。安防監(jiān)控的內(nèi)容一般為廠前區(qū)各建筑的出入口、道路、停車場(chǎng)和其他有安防需求的場(chǎng)所;工業(yè)電視監(jiān)控的內(nèi)容一般是各類設(shè)備、儲(chǔ)罐和手動(dòng)閥門等;政府監(jiān)控系統(tǒng)是相關(guān)政府監(jiān)管部門為監(jiān)管企業(yè)合規(guī)、安全運(yùn)營(yíng)而設(shè)置的監(jiān)控系統(tǒng),通常與企業(yè)自身的監(jiān)控系統(tǒng)相獨(dú)立,包括“一關(guān)兩檢”,即海關(guān)、邊防檢查站和檢驗(yàn)檢疫局所設(shè)置的監(jiān)控系統(tǒng)及應(yīng)急管理局對(duì)重大危險(xiǎn)源的監(jiān)控系統(tǒng)。

1.9 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)報(bào)警控制器、圖形顯示裝置、手動(dòng)觸發(fā)裝置、探測(cè)器、報(bào)警器等組成,控制器間常組成環(huán)形或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[2]。

火災(zāi)電話報(bào)警系統(tǒng)具備2種功能,一是直通聯(lián)系,二是專用號(hào)報(bào)警。一般采用消防電話系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直通聯(lián)系,由消防電話主機(jī)、消防電話分機(jī)、電話插孔等組成;通過(guò)消防電話與電話系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)專用號(hào)報(bào)警功能[2]。

1.10 安全防范系統(tǒng)

石化企業(yè)有著較高的安全防范和反恐要求,由多個(gè)子系統(tǒng)組成。

門禁控制系統(tǒng)指在建筑物內(nèi)房間的門禁控制,一般在堆放有毒及放射性物料的倉(cāng)庫(kù)、機(jī)柜間和財(cái)務(wù)室等有受控管理需求的房間設(shè)置門禁控制器;出入口控制系統(tǒng)一般在廠區(qū)大門設(shè)置人行閘機(jī)和車輛道閘,在建筑大門處設(shè)置人行閘機(jī);訪客系統(tǒng)一般設(shè)置于廠區(qū)大門門衛(wèi),實(shí)現(xiàn)對(duì)訪客的登記、“人證合一”驗(yàn)證及授權(quán);入侵和緊急報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置于有治安防范及?；分卮笪ｋU(xiǎn)源管控要求的場(chǎng)所,由紅外探測(cè)器、微波探測(cè)器、振動(dòng)光纜和電子圍欄等各種探測(cè)器,報(bào)警主機(jī)和報(bào)警器等組成;人員定位系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)指南對(duì)定位精度的要求和考慮建設(shè)成本,通常在建筑物內(nèi)采用藍(lán)牙或UWB技術(shù)方案,在室外采用北斗差分加藍(lán)牙技術(shù)方案;反恐系統(tǒng)覆蓋陸域、空域和海域,陸域通常設(shè)置升降式阻車器、扇面式路障機(jī)及車底掃描設(shè)備,空域設(shè)置無(wú)人機(jī)偵測(cè)及干擾設(shè)備,海域設(shè)置船舶自動(dòng)識(shí)別AIS系統(tǒng)、雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)、探照燈系統(tǒng)和聲波驅(qū)散系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

1.11 時(shí)鐘同步系統(tǒng)

石化企業(yè)中各部門、各專業(yè)所建設(shè)的眾多控制、管理及業(yè)務(wù)系統(tǒng),需要統(tǒng)一的時(shí)鐘確保信息記錄的準(zhǔn)確性和互聯(lián)互通的可靠性,通常采用衛(wèi)星授時(shí)、母鐘分發(fā)方式,由一臺(tái)GPS/北斗始終服務(wù)器向不同的網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)和設(shè)備提供統(tǒng)一的時(shí)鐘服務(wù)。

2 需求分析與系統(tǒng)描述

在不同的行業(yè)和場(chǎng)景下,有不同的業(yè)務(wù)與服務(wù),對(duì)通信有不同的需求[3-5],針對(duì)石化企業(yè),可分為如下幾類:(1)經(jīng)營(yíng)管理與生產(chǎn)調(diào)度的語(yǔ)音溝通需求;(2)即時(shí)消息與文檔的傳輸需求;(3)生產(chǎn)控制系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與各種輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、上傳、分發(fā)與展示的需求。

在這些業(yè)務(wù)與服務(wù)的開展過(guò)程中,需要一種廣泛感知、高效協(xié)同與友好交互的通信手段,為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo),提出了石化企業(yè)融合通信的概念,其應(yīng)具備以下特征與內(nèi)容。(1)廣泛感知:將企業(yè)中各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通、融合,使數(shù)據(jù)訪問(wèn)暢通無(wú)礙。其內(nèi)容包含工控網(wǎng)、安防網(wǎng)、辦公網(wǎng)、通信網(wǎng)等不同網(wǎng)絡(luò)的融合,企業(yè)內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)融合,有線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)融合,寬帶通信與窄帶通信融合等。(2)高效協(xié)同:將企業(yè)中各種系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)施融合,形成基于場(chǎng)景的應(yīng)用模塊。其內(nèi)容包含不同系統(tǒng)中同類設(shè)備融合,業(yè)務(wù)、服務(wù)、功能融合等。(3)友好交互:將企業(yè)中各種信息化平臺(tái)融合,提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)服務(wù)與交互接口。其內(nèi)容包含開放數(shù)據(jù)接口、二次開發(fā)接口,采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)等。

3 典型電信設(shè)計(jì)方案

為了達(dá)到融合通信的目標(biāo),在設(shè)計(jì)時(shí)須考慮網(wǎng)絡(luò)融合、系統(tǒng)融合和平臺(tái)融合3個(gè)層面配置。

3.1 網(wǎng)絡(luò)融合

自控、電氣等不同專業(yè)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),通常會(huì)設(shè)置多個(gè)通信網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)融合的目標(biāo)即是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的共享,有以下幾類情況。(1)帶寬共享:數(shù)據(jù)直接接入共享網(wǎng)絡(luò),不再單獨(dú)建網(wǎng)。(2)設(shè)備共享:通過(guò)VLAN等技術(shù)共享通信設(shè)備。(3)線路共享:利用骨干光纜、大對(duì)數(shù)電纜中的線芯單獨(dú)組網(wǎng),不再重新敷設(shè)通信線路,網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備對(duì)接。

石化企業(yè)可設(shè)置4張網(wǎng),分別為工控網(wǎng)、辦公網(wǎng)、通信網(wǎng)與安防網(wǎng),由各類子網(wǎng)獨(dú)立建網(wǎng),通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

3.2 系統(tǒng)融合

企業(yè)員工或自動(dòng)化程序在完成某一項(xiàng)工作任務(wù)時(shí),通常會(huì)包含多項(xiàng)業(yè)務(wù)、服務(wù)、功能和多個(gè)對(duì)象,對(duì)所涉及的操作、流程和信息進(jìn)行整合及綜合呈現(xiàn)可以提高協(xié)同效率。這些融合雖然是針對(duì)具體場(chǎng)景的,但軟、硬件層面的融合是必要前提,有以下幾類情況。

(1)接口互聯(lián)。系統(tǒng)間通過(guò)通信方式或IO方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信號(hào)的互聯(lián)互通,例如電話系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)與擴(kuò)音對(duì)講系統(tǒng)間通過(guò)不同制式的語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信。

(2)硬件共享。不同系統(tǒng)共享硬件資源,例如采用一套數(shù)據(jù)庫(kù)為多個(gè)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。

(3)軟件共享。合并功能近似的系統(tǒng)軟件,例如針對(duì)安防系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng),采用一套軟件進(jìn)行運(yùn)維。

3.3 平臺(tái)融合

平臺(tái)既完成對(duì)各系統(tǒng)的支撐與功能提升,又是人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器間交互的門戶。選用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)PaaS平臺(tái)對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行融合,可以將系統(tǒng)軟件的各項(xiàng)功能拆解為可以調(diào)用的微服務(wù),進(jìn)而組成各項(xiàng)業(yè)務(wù)模塊,最終組成針對(duì)不同場(chǎng)景的企業(yè)應(yīng)用,通過(guò)統(tǒng)一的門戶與用戶進(jìn)行交互。得益于微服務(wù)架構(gòu)與容器化技術(shù),PaaS/DaaS層的數(shù)據(jù)、服務(wù)與模塊可被不同應(yīng)用復(fù)用,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的快速開發(fā)與部署,同時(shí)避免了同質(zhì)化功能的重復(fù)建設(shè)。

一套典型完整的石化企業(yè)融合通信軟、硬件架構(gòu)如圖1所示,該方案實(shí)現(xiàn)了從硬件到軟件,從數(shù)據(jù)到業(yè)務(wù),從系統(tǒng)到平臺(tái)不同層面的融合,可為石化企業(yè)智能工廠建設(shè)提供良好的通信基礎(chǔ)。

圖1 系統(tǒng)融合架構(gòu)

4 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)計(jì)方案在智能工廠、電信系統(tǒng)集成平臺(tái)及“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+?；钒踩a(chǎn)”平臺(tái)等相關(guān)建設(shè)項(xiàng)目中獲得應(yīng)用,取得了較好的效果。在相關(guān)項(xiàng)目的運(yùn)行過(guò)程中,反饋較多的一個(gè)問(wèn)題是設(shè)備、系統(tǒng)與平臺(tái)的操作具有一定的專業(yè)性與復(fù)雜度,學(xué)習(xí)成本較高。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,如何融合大數(shù)據(jù)模型,提高融合通信的智能化,簡(jiǎn)化人員操作流程,將是下階段研究的重點(diǎn)。